六自由度机器人的运动优化和轨迹规划算法研究-控制理论与控制工程专业毕业论文.docx

武汉科技大学研究生学位论文创新性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指导下,独立进行研究所取得的成果。除了文中已经注明引用的内容或属合作研究共同完成的工作外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。申请学位论文与资料若有不实之处,本人承担一切相关责任。论文作者签名: !麴 日期: .≯,其研究内容不得以其它单位的名义发表。本人完全了解武汉科技大学有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向有关部门(按照《武汉科技大学关于研究生学位论文收录工作的规定》执行)送交论文的复印件和电子版本,允许论文被查阅和借阅,同意学校将本论文的全部或部分内容编入学校认可的国家相关数据库进行检索和对外服务。论文作者签名: !型塑指导教师签名:立趸丝日 期:摘要作为一种先进的生产工具,机器人已经被广泛应用于多个领域,在现代工业中发挥着越来越突出的作用。工业机器人是机器人中的一个重要分支,是机器人领域的重要研究发展方向。采用工业机器人是提高产品质量与劳动生产率,实现生产过程自动化,改善劳动条件,减轻劳动强度的一种有效手段。对工业机器人运动轨迹规划和控制的研究,一直受到人们的普遍关注。本文在运动学和轨迹规划方面研究六自由度机器人的工作性能。在传统机器人机械手位置逆解方法的基础上,将倍四元数引入逆运动学分析中,建立一种具有一定通用性的逆解算法。深入研究了机器人的轨迹规划算法,同时基于软件程序验证了运动学分析和轨迹规划的正确性和可行性。论文首先对机器人进行了运动学分析,建立了机器人连杆坐标系及参数表,着重论述了运用D—H方法建立其运动学模型,推导出机器人的正运动学公式。针对机器人运动学逆解问题,给出了代数法和倍四元数法,重点推导了倍四元数形式的坐标系之间相对位姿变换表达式,建立了倍四元数形式的运动学方程。根据机器人轨迹规划技术,讨论了机器人关节空间和直角空间的轨迹规划算法。重点分析了关节空间中的三次多项式和抛物线过渡的插值方法。在直角空间中,则深入研究了三维空间直线、圆弧、样条曲线的构造方法。借助Manab平台下的RoboticsToolbox机器人工具箱对六自由度机器人进行建模,确定了运动学问题求解及轨迹规划算法的实现策略。对比了传统代数法与倍四元数法的逆解结果,证明了倍四元数法能够完全求出一般6R机器人的全部16组逆解,该方法不仅可行且提高了求解效率。从理论分析和仿真实验结果的一致性证明了算法及计算结果的正确性。本文的设计理念和提出的理论对以后工业机器人的设计有一定的参考和应用价值。关键词:六自由度机器人;运动学分析;轨迹规划;倍四元数AbstractAsakindofadvancedmanufacturetool,robotshavebeenappliedinmanyfieldsandplayamoreandmore+,,raisinglaborproductivity,realizingautomatizationofproductionprocess,,